[论文解读] Communications and Networking Standards for UASs: The 3GPP Perspective and Research Drivers.

Aly Sabri Abdalla, Vuk Marojevic|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2020

UAV Applications and Optimization参考文献 10被引用 4

一句话总结

本文介绍了3GPP为通过蜂窝网络集成实现可靠、长距离和自主无人机操作而开展的标准化工作。它概述了通过UMTS和LTE/5G网络支持无人机和远程控制器的架构框架、通信需求及关键服务，这些工作由全球研发计划推动，旨在支持未来的UTM和关键任务应用。

ABSTRACT

The unmanned aircraft system (UAS) is becoming increasingly popular for a myriad of applications, including commercial, public safety, and mission critical. A UAS consists of an unmanned aerial vehicle (UAV) and the UAV controller which use radios to communicate. While the controller is traditionally a human operator who is maintaining line of sight with the UAV it controls, the trend is moving towards long-range control and autonomous operation. To enable this, reliable and omnipresent wireless connectivity is indispensable as it is the only way to control or take control of the UAV flight. This paper surveys the ongoing 3GPP standardization activities for enabling networked UAVs. In particular, we discuss the requirements, envisaged architecture and services to be offered to UAVs and to remote controllers, which will communicate with one another and the UAS Traffic Management (UTM) through cellular networks. Global research and major R\&D platforms are presented as those will drive future standards.

研究动机与目标

• 为应对日益增长的对可靠、长距离和自主无人机操作（超出目视范围）的需求。
• 定义利用蜂窝基础设施的无人机和远程控制器的通信与网络需求。
• 通过标准化蜂窝连接，实现无人机与无人机交通管理（UTM）系统的无缝集成。
• 识别塑造未来3GPP无人机通信标准的关键研发驱动因素。
• 提出一种支持在3GPP网络上实现可扩展、安全且低时延无人机通信的架构框架。

提出的方法

• 调查聚焦于无人机专用无线和核心网络增强的3GPP当前标准化活动。
• 定义一种通过现有UMTS和LTE/5G无线接入及核心网络支持无人机和远程控制器的网络架构。
• 通过蜂窝回传网络上的标准化接口和信令协议，将无人机集成到UTM系统中。
• 通过分析商业、公共安全和关键任务应用中的用例，推导出技术需求。
• 评估全球研发平台和研究计划，以识别未来3GPP标准在无人机通信方面的创新驱动力。
• 将无人机移动性、时延、可靠性和安全性需求映射到3GPP网络能力及增强功能上。

实验结果

研究问题

• RQ1 蜂窝网络如何支持超出目视范围的可靠、长距离和自主无人机操作？
• RQ2 通过3GPP网络将无人机集成到UTM系统，需要哪些架构和协议增强？
• RQ3 在关键任务和商业应用中，无人机和远程控制器的关键通信需求是什么？
• RQ4 全球研发平台和研究计划如何影响3GPP在无人机通信标准方面的演进？
• RQ5 现有3GPP无线和核心网络技术在实现可扩展且安全的无人机连接方面发挥什么作用？

主要发现

• 3GPP正在积极对基于蜂窝的无人机通信进行标准化，以支持长距离和自主飞行操作。
• 通过现有3GPP UMTS和LTE/5G网络上的标准化接口，将无人机集成到UTM系统是可行的。
• 通过增强3GPP现有移动网络架构，可实现可靠、低时延和安全的连接。
• 全球研发平台和研究计划是塑造未来3GPP在无人机通信标准方面发展的关键驱动力。
• 所提出的架构通过可扩展且互操作的蜂窝连接，支持包括公共安全和商业运营在内的多样化无人机应用。
• 标准化工作重点在于确保在共享频谱环境中运行的无人机实现无缝移动性、服务质量与安全性。